روش های تحلیل و طراحی فضاهای زیرزمینی

[ژوراسیک]

روش اول: تحلیل کینماتیکی
حتی زمانی که تونل یا مغار مربوطه در یک محیط با ویژگیهای مکانیک سنگی کاملا مطلوب حفر شود
امکان یک سری ناپایداری های موضعی وجود دارد. به این ترتیب که دسته درزه ها و لایه بندی موجود در منطقه
می توانند یک سری بلوک های ناپایدار را در دیواره فضای زیرزمینی ایجاد کنند.
با استفاده از این تحلیل می توان بلوک های مذکور را شناسایی و سپس اقدام به محاسبه ضریب ایمنی آن ها کرد.
(با استفاده از قانون ساده نیوتن برای محاسبه برایند نیروهای وارده بر هر بلوک)

در این روش ابتدا باید وضعیت درزه ها و لایه بندی های موجود در منطقه برداشت شود.
سپس با استفاده از شبکه استرونت دسته درزهای موجود شناسایی می شوند.
به کمک همین شبکه استرونت و مفاهیم مربوط به تحلیل کینماتیکی می توان تشخیص داد که چه بلوک هایی پتانسیل ریزش دارند.
(عملیات فوق را می توان با استفاده از نرم افزار Dips نیز انجام داد)
سپس با استفاده از روش تعادل حدی ضریب ایمنی بلوک های مذکور اندازه گرفته می شود.
سپس در صورت نیاز از راک بولت برای افزایش پایداری بلوک های مربوطه استفاده می شود.

در همین جا می توان به مزیتی که راک بولت به روش های نگهداری دیگر دارد اشاره کرد. به این معنی که از راک بولت می توان به عنوان
یک سیستم نگهداری موضعی استفاده کرد. فرضا اگر در دیواره سمت راست تونل بلوک هایی پتانسیل لغزش داشته باشند
با نصب چند بولت به عنوان نگهداری اولیه می توان پایداری آن ها را افزایش داده و سپس به سراغ طراحی نگهداری اصلی که معمولا نگهداری
فولادی و یا بتنی است رفت.

به کمک نرم افزار Unwedge می توان ضریب ایمنی بلوک های مذکور را به دست آورد.
ویژگی های نرم افزار Unwedge:
- اول این که نرم افزار مذکور اساس عددی ندارد، پس نمی تواند توزیع تنش را در اطراف حفاری زیرزمینی به دست دهد.
- قابلیت مدلسازی راک بولت و شاتکریت را دارد.

به عقیده من تحلیل کینماتیکی ساده ترین روش برای تحلیل پایداری فضاهای زیرزمینی و نیز حفاری های روباز است.
و همانطور که پیداست نمی توان از آن برای طراحی سیستم نگهداری فولادی و یا بتنی استفاده کرد.

روش دوم: تحلیل به روش CC یا Convergence-Confinement Method
این روش اساس برای آن دسته از فضاهایی زیرزمینی که در سنگ ضعیف حفر شده اند کاربرد دارد.
اساس آن برمی گردد به این مساله که اگر شما وسیله نگهداری را (نگهداری بتنی، فولاید و را راک بولت) در فاصله کمی از
سینه کار حفاری نصب کنید آنگاه همگرایی تونل کمتر شده و نیروی وارده بر سیستم نگهداری بیشتر خواهد بود.

اگر فاصله نصب از سینه کار زیار باشد همگرایی تونل بیشتر شده و نیروی وارده به سیستم نگهداری عموما (ولی نه همیشه) کاهش می یابد.
در این حالت نشست ایجاد شده در سطح زمین که به دلیل همگرایی تونل ایجاد می شود نیز افزایش پیدا کرد که قطعا در
مناطق شهری و نیز از لحاظ زیست محیطی مطلوب نمی باشد.
به طور کلی فاصله سیستم نگهداری از سینه کار اهمیت زیادی دارد که به کمک این روش می توان فاصله بهینه
را تعیین کرد.

برای تحلیل به روش CC باید بتوان (GRC (Ground Reaction Curve، و (Longitudinal Deformation Profile) یا LDP و نیز
SCC یا Structure Characteristic Curve را به دست آورد.

مراجع برای تحلیل به روش CC:
کتاب سازه های زیرزمینی در سنگ، نویسنده: پروفسور هوک و براون، ترجمه دکتر احمد فهیمی فر (احتمالا در بازار کتاب موجود است).
مقاله روبر که می توانید به شکل رایگان از این لینکدانلود کنید.

دو مقاله زیر که از سایت Science direct قابل دانلود هستند. (از کامپیوترهای دانشگاهتون ممکن است بتوانید دانلود کنید).
The elasto-plastic response of under ground excavation in rock masses that satisfy the Hoek-Brown failure criterion
Application of the convergence-confinement method of tunnel design to rock masses that satisfy Hoek-Brown Criterion